談采礦工程采空區巷道掘進支護技術

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摘要：隨著采煤技術的發展，開采深度逐漸加深，對巷道支護提出更高要求。不斷優化巷道支護技術，有助于煤礦安全高效生產。本文以陽煤一礦為研究對象，對該礦巷道掘進支護方式進行臨時和永久性支護設計，針對巷道中關鍵設備及施工過程進行研究分析。實踐表明：設計的巷道支護達到預期效果，為礦井的安全作業奠定基礎。

關鍵詞：煤礦；巷道；掘進；研究

1.當前煤礦高效掘進技術發展現狀

大型煤礦依據地質勘探及煤層分布位置進行礦井開采技術設計，巷道掘進效率直接影響到煤炭開采質量，當前我國煤礦巷道掘進技術現狀如下：（1）現階段主要采用的巷道掘進技術為綜合機械化技術，該技術涉及懸臂式掘進技術和單機錨桿鉆機技術兩類。綜合機械化技術普遍用于煤礦開采中。我國自主研發的煤礦掘進機，動力性能好、適應性好，運用PLC控制技術，能及時有效監測設備狀態、發現設備故障，可靠性強。（2）我國吸收國外技術經驗，自主開發的掘進技術取得諸多成就，以小功率掘進機為主，該機性能可靠、適用性強。但沒能實現規模化應用，后期進口國外大功率掘進機，應用于大斷面掘進。隨著煤礦開采技術的發展，我國在大功率掘進機方面還存在一定的差距，需要加強掘進技術的提高，以提升煤炭開采效率。

2.當前煤礦高效掘進技術存在的主要問題

針對煤礦掘進技術中存在的不足，需要實時改進煤炭掘進技術，提出對應舉措，以促進我國現代煤礦高效掘進技術，現階段主要存在的問題如下：（1）掘進機在作業中，遇到大塊巖石，且未能縮小切割深度的前提下，會造成機組滑動，致使截齒磨損，時間一長，造成截割電機短路，從而溫度急劇升高，致使電控系統癱瘓，嚴重時，會燒毀電機。（2）礦用掘進機工作時間較長時，需要及時補充油料，然而井下注油難度較大，若操作不當會造成粉塵污染油液，使得維修時間延長，從而造成掘進機工作效率下降；掘進作業過程中，根據巷道寬度進行鏟板的調整，現階段諸多煤礦在鏟板更換安裝中，易于造成人工、材料的浪費，從而成為制約采掘效率的不利因素之一。（3）煤炭開采企業為了提高產能、提升企業經濟效益，諸多煤炭開采企業選擇機械化開采技術，然而受運輸罐籠或巷道，尺寸影響，大多大型掘進機無法及時運輸到井下巷道中，不能實現快速掘進；掘進機在掘進過程中，產生大量粉塵，粉塵對礦工及設備均造成不良影響，從而影響掘進機工作效率。

3.當前煤礦主要掘進技術分類

（1）巷道掘進技術。煤炭高效開采需要巷道掘進技術支持，煤巷綜合機械化設備主要為通風除塵設備、刮板輸送機等。懸臂掘進機主要用于掘進巷道，在支護技術的支撐下，促進煤炭產能增加，縮減投入成本。當前，煤礦高效掘進技術處于初級階段，仍需繼續改進。（2）半煤巖和全煤巖巷高效掘進技術。巷道縱斷面面積在3.3-1.2之間為半煤巖巷道。斷面以巖石為主，依據工況選擇適合的掘進設備，選型時必須充分考慮其內部元件的安全性能、安裝難度、操作方式難易度、截齒強度等因素，所選掘進設備其截齒要具備足夠強度及力度，以便破碎巖石，提高掘進效率。為確保安全通常選用質量較大的開采設備。當前多數全巖巷高效掘進技術均為引進技術，在實際應用中可能存有局限性，所以必須在全巖巷中覆蓋較為全面的遠程監控技術，從而推動全巖巷的掘進效率。在實踐中優化掘進技術，提升全巖巷掘進技術的自主研究，助推我國掘進技術的發展。

4.現代煤礦高效掘進技術的改進

（1）提高穩定性，加強潤滑系統。巷道掘進作業過程中，需要在截割頭部位設置抗壓強度感應器，若接觸大塊巖石時實現自動報警，便于及時調整截割參數；設置自動伸縮側支撐，提升掘進機在作業過程中能夠平穩運行；因礦井下粉塵大，不適于人工注油，需要配置自動潤滑系統，結合工況編制潤滑程序，確保潤滑良好，降低設備故障率。（2）降低粉塵、提升掘進機預警。礦井下粉塵大，工況較為惡劣，不利于掘進機的安全運行，需要采取噴霧泵，改善巷道中的粉塵濃度，增加巷道環境濕度，為掘進機的安全運行創造條件。（3）實現掘進技術的自動化、智能化。隨著煤礦開采技術的發展，掘進技術得到大幅度改善，計算機斷面控制系統和遙控技術系統得以普及，巷道掘進中，重點在推進方向予以監控、智能檢測、數據傳輸等，提升自動化管理水平，保障掘進機運行中實時調整截割參數和運行軌跡，確保掘進機的運行穩定性，降低工人勞動強度、減少生產投入。目前，煤礦綜采機械化的普及為煤礦向高效高產發展提供有力支持，快速掘進發展成為開采技術的未來方向。煤礦巷道掘進作業中，必須對巷道進行有效支護，以提高巷道安全系數，錨桿支護是眾多支護方式的一種，該方式是一種常見并有效的支護方式，對圍巖起到較強的錨固作用，可有效增強圍巖本體穩定性。該方式施工成本、材料成本較為經濟，施工便捷勞動強度較低，易于維護、安全系數高，有利于降低煤炭開采成本。但是，該支護方式的掘進效率是制約后續開采的關鍵因素。因此，如何提高錨桿支護效率對煤炭生產具有重大意義。相關技術人員，務必提高重視度，切實結合生產實際，探討有效加快掘進速度的方法以期早日實現快速掘進的目標。

5.煤礦地質條件與支護參數

(1)煤礦地理地質條件以某礦2#煤層底板開掘為例，該煤層埋深約250m，較為穩定，為半亮型和暗型混合層，半亮層居多，結構呈條帶狀。厚度區間4.9-7.3m，厚度均值5.93m；傾角變化范圍廣，傾角區間0-20°。其傾角平均值較小，約5°。整體而言，2#煤層結構簡單。該煤層直接頂主要由塊狀粉砂巖構成，厚度均值約3.2m，易于垮落。該煤層直接頂的上方為中砂巖老頂，硬度較大，存有水平斜層理，層間存由互層，厚度高達14m。2#煤層直接底多為塊狀黏土巖，遇濕膨脹，硬度下降變松軟，厚度范圍0.28-2.68m。直接底下部為波狀粉細砂巖老底，發育良好，層厚范圍11.9-14.4m，平均厚度為13.2m。(2)煤礦巷道支架支護參數煤礦巷道斷面尺寸為（4.6×2.9)m，巷道選擇錨桿支護方式，錨桿為363型，頂板設置6根、兩幫3根。錨桿加固采取樹脂藥卷，此外敷設單層鋼筋網。為確保巷道圍巖穩固性，選擇小孔徑的錨索予以加強，排距、間距參數分別為3.2m、1.6m，錨索長度5.5m、根數為2根。掘進設備和帶式輸送機布局，見圖1。巷道掘進和支護原理，見圖2。

6.快速掘進技術

(1)對管理機制予以創新該礦采用先進的規劃和管理系統，可在生產作業過程中為計劃編制予以輔助，能夠對計劃中的全部信息實施管理和控制。該系統的使用提高生產效率，為快速掘進提供理論基礎。鉆爆施工由兩部分構成，即錨噴和掘進，錨噴和掘進相輔相成，逐一進行不利于單進速度。所以，該礦采取三班掘進和邊掘邊噴的方式，以確保掘進效率提升。另外，在施工班組的選用中，嚴格審查相關資質及施工經驗，采用招標制。為保障安全高效開展工作，三個生產班組均制定工作計劃和目標，對每個班組進行優化管理，提升其主觀能動性，全面提高掘進工作人員的積極主動性。薪資分配方面，實施四三三工資制，即安全、質量、任務分別占比40%、30%和30%。淘汰“大鍋飯”制度。工資采用日結制。(2)充分發揮機械設備的性能優勢掘進裝備的優劣程度與掘進效率緊密相關，掘進裝備的工作穩定性是保證掘進目標快速實現的基礎。該礦選用技術領先的MRH-S200M綜掘機。該掘進設備性能優良，結構合理、堅固耐用、切割力強、運行可靠，能適應各種工況，可實現安全高效快速掘進。為保障設備良好運轉，該礦制定嚴格的操作規程，委派專人對綜掘機進行維護保養及日常點巡檢工作。掘進作業過程中，若出現頂板條件欠佳，必須停止作業，首先進行巷道支護加固，防止將綜掘機砸傷。另外，及時清理綜掘機周圍雜物，確保設備運行環境安全。全方位加強設備管理，確保設備運轉率；嚴格遵守操作規程，保障設備運行狀態良好，為快速掘進提供保障，(3)選擇合理適用的錨桿鉆機錨桿支護需要鉆機配合，鉆眼速率和錨桿支護效率呈正比，而錨桿支護的速率與掘進效率呈正比。所以，務必重視錨桿轉機選型。以前該礦通常選擇電煤鉆進行打孔作業，受其電纜長度影響，給實際操作帶來不便，同時電煤鉆為干式打眼，施工作業中產生大量粉塵，不利于職工身體健康。為改善現狀，選擇風動煤鉆。將干式鉆孔改為濕式鉆孔，既保證了鉆眼速度，又改善了操作環境。采用風動煤鉆后，打眼速度顯著提高，頂板得以很好的控制，巷道安全形勢好轉。

7.結論

綜上所述，伴隨科學技術的突飛猛進，煤礦開采技術得到長遠發展，煤礦管理水平不斷提高，這就需要煤礦開采設備不斷升級換代，促進煤礦企業向信息化、專業化、集約化的方向進行發展。新型掘進機的應用，為煤礦安全高效生產奠定了基礎，煤礦企業需要結合地質構造、煤層厚度等選擇適當掘進設備，通過技術變革，積累掘進經驗，為掘進技術和掘進設備的創新提供可靠依據。為我國的煤炭開采事業做貢獻。

【參考文獻】

[1]徐文鵬.煤層巷道掘進工作面臨時支護裝置應用研究[J].西部探礦工程,2020,32(6):163-164.

作者：張建宇 單位：陽泉煤業（集團）股份有限公司一礦